非线性光学材料是近年来发展起来的新型材料,从技术到研究领域都有应用。而发现和设计性能优越的非线性光学材料成为非线性光学领域所关注的焦点。金团簇由于在非线性光学方面有着优异的特性,在光学器件和电子设备等方面有着很广泛的应用前景。人们对金团簇进行了包括电子结构、吸附和光学性质等方面的理论和实验上的研究。本文设计了以贵金属Ag,Cu和碱金属原子掺杂Au20团簇以进一步提高其非线性光学性能,采用基于密度泛函理论的第一性原理计算了掺杂后的结构、电子结构以及二阶非线性光学性质,并与纯Au20团簇的相关性质做比较,讨论了掺杂对Au20团簇的各项性质的影响。按照掺杂的位置的不同设计了两种掺杂模式,分别为顶点位置掺杂模式和四面体位置掺杂模式。文章从掺杂位置和掺杂原子的种类等方面讨论了掺杂原子对团簇非线性光学性质的影响。总体来说,本论文的主要工作以及得出的结论包括：(1)一种掺杂原子两种掺杂方式对非线性光学性能的影响。贵金属和碱金属分别在两种掺杂模式下取代正四面体型Au20团簇的不同位置的金原子,在PBEPBE/LanL2DZ水平优化得到掺杂团簇的基态几何结构,然后计算所有得到的团簇的平均结合能和能隙,Mulliken电荷。其后使用五种不同的方法测试不同的密度泛函方法对团簇的光学性质的影响,最终确定在PBEPBE/LanL2DZ, CAM-B3LYP/LanL2DZ水平上计算团簇的一阶超极化率。结果显示掺杂对于团簇的几何结构有影响。顶点位掺杂团簇的结构型变量很小,而四面位掺杂团簇的结构相对形变较大,特别是随着掺杂原子数目的提高,尤其是对于双原子和三原子掺杂更为显著。由能隙和平均结合能的变化,我们认为铜掺杂的团簇稳定性相较于其他元素掺杂的结构要高一些。两种掺杂模式,即顶点位和四面体方式掺杂后相对于纯Au20的非线性响应都显著提高了。对于贵金属元素和碱金属元素掺杂而言,碱金属掺杂的合金团簇的一阶超极化率相对于纯金团簇有了极大的提升。Mulliken电荷分析显示,电荷由顶点和面心位置向边棱位置转移是对团簇的非线性响应的提高是有贡献的。考虑到结构稳定性和实验可行性,我们推荐顶点位掺杂模式。四面体位掺杂团簇的一阶超极化率在PBEPBE/LanL2DZ水平上计算得到的最大值可以达到β0=149257原子单位(atomic unit, a.u.),而顶点位置掺杂团簇在CAM-B3LYP/LanL2DZ水平上计算也得到了最大值β0=56289a.u.。另一方面,在正四面体Au20团簇顶点位置掺杂不同数目和类型的碱金属原子能够极大的提高团簇的非线性光学响应。(2)多种元素共掺杂方式对非线性光学性能的影响。根据以上工作,为了进一步优化掺杂四面体金团簇的非线性光学性质,选择两种不同的碱金属原子进行组合后替代Au20团簇的四个顶点,在PBEPBE/LanL2DZ水平上进行几何优化计算得到多掺杂团簇的基态几何结构。然后计算平均结合能、能隙、一阶超极化率等性质,并加以分析。碱金属原子的多掺杂对团簇的几何结构影响很小,但是提高了团簇的一阶超极化率。团簇中电荷从顶点位和面心位向边棱位转移,有大的电负性差异的多掺杂能有效提高团簇的基态偶极矩,这对提高团簇的非线性响应有贡献。